Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej	Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych
^Wykonał		^Grupa -	^Ćw. nr 6	^Prowadzący
Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego (prądy zerowe, napięcia przebicia)		^Data wykonania	^Data oddania	^Ocena

WYKAZ PRZYRZĄDÓW :

• Zasilacz napięciowy ZLS-3

• Zasilacz napięciowy P317

• Multimetr cyfrowy V560

• Rejestrator XY

• Tranzystor krzemowy p-n-p BC 313:

U_CB0 = 60 V

U_CE0 = 40 V

U_EB0 = 5 V

I_C = 1000 mA

P_a = 800 mW

h_21E = 40 - 100 przy U_CE = 5V i I_C = 2mA

• Tranzystor germanowy p-n-p ASY 34:

U_CB0 = 15 V

U_CE0 = 10 V

U_EB0 = 10 V

I_C = 200 mA

P_a = 150 mW

h_21E = 20 - 200 przy I_C = 10mA

PRZEBIEG ĆWICZENIA :

1. Pomiar charakterystyki wyjściowej tranzystora p-n-p w układzie wspólnego emitera OE

R₁ = 100 k

R₂ = 10 

Rys. 1. Schemat do wyznaczania charakterystyki wyjściowej tranzystora w układzie OE

Charakterystyka wyjściowa w układzie OE określa zależność
. Wartości prądów I_B, przy których wyznaczano charakterystyki wyjściowe zamieszczono w tabeli. Mniejszej wartości prądu bazy odpowiada mniejsza wartość prądu I_C na wykresie.

Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
IB [ A ]	24,16	44,06	64,08	86,82	106,87	127,00	147,00	168,00	188,00	230,00

Charakterystykę wyjściową tranzystora BC 313 zamieszczono na wykresie 1. Napięcie U_CE jest w skali 1 V/cm, natomiast prąd jest mierzony pośrednio jako spadek napięcia na rezystorze 10 . Ponieważ napięcie na tym rezystorze jest w skali 20 mV/cm, to prąd będzie określony czułością 20/10 mV/cm = 2 mA/cm.

Na podstawie rodziny charakterystyk wyjściowych można określić wartość parametru h_21E - współczynnika wzmocnienia prądowego oraz h_22E - konduktancji wyjściowej.

Rys. 2. Sposób wyznaczania parametru h_21E.

Współczynnik wzmocnienia tranzystora h_21E wyznaczymy ze wzoru (na podstawie charakterystyki):

Przyjmując I_C2 = 23,8 mA; I_C1 = 5,0 mA; I_B2 = 188,00 A; I_B1 = 44,06 A; U_CE = 3 Vi podstawiając do wzoru otrzymujemy:

Czyli ostatecznie h_21E = 130,6 przy U_CE = 3V.

Konduktancję wyjściową h_22E wyznaczymy ze wzoru (na podstawie charakterystyki):

Przyjmując U_CE” = 19 V; U_CE' = 3 V; I_C” = 27,2 mA; I_C' = 23,8 mA; I_B = 188 A i podstawiając do wzoru otrzymujemy:

Czyli ostatecznie h_22E = 212,5⋅10^-6 S przy I_B = 188 A.

2. Pomiar charakterystyki wejściowej tranzystora p-n-p w układzie wspólnego emitera OE

R = 10 k

Rys. 3. Schemat do wyznaczania charakterystyki wejściowej tranzystora w układzie OE

Charakterystyka wejściowa w układzie OE określa zależność
. Charakterystykę wejściową tranzystora BC 313 zamieszczono na wykresie 2. Napięcie U_BE jest w skali 100 mV/cm, natomiast prąd jest mierzony pośrednio jako spadek napięcia na rezystorze 10 k. Ponieważ napięcie na tym rezystorze jest w skali 20 mV/cm, to prąd będzie określony czułością 20/10000 mV/cm = 2 A/cm.

Na podstawie rodziny charakterystyk wejściowych można określić wartość parametru h_11E - rezystancji wejściowej oraz h_12E - współczynnika napięciowego oddziaływania wstecznego.

Rezystancję wejściową h_11E wyznaczymy ze wzoru (na podstawie charakterystyki):

Przyjmując U_BE” = 750 mV; U_BE' = 670 mV; I_B” = 28 A; I_B' = 6 A; U_CE = 2V i podstawiając do wzoru otrzymujemy:

Czyli ostatecznie h_11E = 3636,4  przy U_CE = 2 V.

Współczynnik napięciowego oddziaływania wstecznego h_12E wyznaczymy ze wzoru (na podstawie charakterystyki):

Przyjmując U_BE1 = 750 mV; U_BE2 = 760 mV; U_CE1 = 2 V; U_CE2 = 20V; I_B = 28 A i podstawiając do wzoru otrzymujemy:

Czyli ostatecznie h_12E = 5,5⋅10^-4 przy I_B = 28 A.

Na podstawie charakterystyki wyjściowej i wejściowej można wyznaczyć charakterystyki przejściową
i oddziaływania wstecznego
. Charakterystykę przejściową zamieszczono na wykresie 4. Punkty pomiarowe są wyznaczone z wykresu I_C = f(U_CE), lecz nie są one zaznaczane ze względu na przejrzystość i czytelność charakterystyki wyjściowej, zamieszczono je w poniższej tabeli:

	UCE = 5V	UCE = 10V	UCE = 15V
IB	IC	IC	IC
[A]	[mA]	[mA]	[mA]
24,16	2,65	2,70	2,80
44,06	5,10	5,20	5,40
61,00	7,37	7,80	8,00
86,82	10,60	11,21	11,80
106,87	13,40	14,05	14,58
127,00	15,90	16,80	17,40
147,00	18,60	19,73	20,20
166,30	21,50	22,40	23,00
188,00	24,33	25,33	26,20
230,00	29,70	30,80	31,50

Charakterystykę oddziaływania wstecznego zamieszczono na wykresie 5. Punkty pomiarowe do tej charakterystyki są wyznaczone z wykresu I_B = f(U_BE) i zamieszczone w poniższej tabeli. Ponieważ różnica między charakterystyką dla U_CE = 2V i U_CE = 20V jest prawie nie zauważalna wykreślono tylko jedną charakterystykę oddziaływania wstecznego dla prądu bazy, przy którym ta różnica jest choć trochę widoczna.

IB = 28 A
UCE	UBE
[ V ]	[mV]
2	750
20	760

3. Pomiar prądów zerowych tranzystora germanowego ASY 34

R = 10 k

Rys. 4. Schemat do wyznaczania prądu I_CEO tranzystora

Charakterystykę wyjściową tranzystora ASY 34 w układzie OE dla zerowego prądu bazy zamieszczono na wykresie 3. Napięcie U_CE jest w skali 50 mV/cm, natomiast prąd jest mierzony pośrednio jako spadek napięcia na rezystorze 10 k. Ponieważ napięcie na tym rezystorze jest w skali 10 mV/cm, to prąd będzie określony czułością 10/10000 mV/cm = 1 A/cm.

Z wykresu 3 możemy odczytać, że I_CEO = 6,5 A przy U_CE = 1V.

WNIOSKI I UWAGI:

W pkt. 1 ćwiczenia wyznaczaliśmy charakterystyki wyjściowe tranzystora p-n-p w układzie wspólnego emitera przy stałym prądzie bazy. Z charakterystyk tych możemy zauważyć, że przy małych wartościach napięcia U_CE prąd I_C gwałtownie rośnie do pewnej wartości, przy której osiąga niemal stałą wartość, proporcjonalną do prądu bazy. Nieznaczne nachylenie charakterystyki przy zwiększaniu napięcia kolektor - emiter spowodowane jest modulacją szerokości bazy. Na podstawie charakterystyki wyjściowej wyznaczyliśmy parametry małosygnałowe h_21E i h_22E. Otrzymane przez nas wartości są porównywalne z danymi katalogowymi (zwłaszcza dotyczy to wzmocnienia tranzystora, którego wartość 130 jest porównywalna z wartością katalogową 100). Z wykresu 1 możemy zauważyć, że wraz ze wzrostem prądu bazy rośnie konduktancja wyjściowa, co pokazuje nam większy kąt nachylenia charakterystyki (szczególnie widoczne jest to przy I_B = 0,23mA).

W pkt. 2 ćwiczenia wyznaczaliśmy charakterystykę wejściową tranzystora w układzie WE przy stałym napięciu U_CE. Z wykresu 2 widać, że charakterystyki te prawię się pokrywają dla różnych napięć kolektor - emiter, a przy prądzie bazy ok. 6 A napięcie złącza U_BE prawie przestaje się zmieniać i ustala się na poziomie ok. 0,7 V. Na podstawie tych charakterystyk wyznaczyliśmy parametry h_12E i h_11E.

Podsumowując:

h_11E = 3636,4 

h_12E = 5,5⋅10^-4

h_21E = 130,6

h_22E = 212,5⋅10^-6 S

Uzyskane wartości tych parametrów mieszczą się w granicach typowych wartości dla układu wspólnego emitera. Znając h_22E możemy wyznaczyć rezystancję wyjściową (1/h_22E = 4705,88 ). Parametry h22 i h21 najlepiej jest wyznaczać z charakterystyk odpowiednio oddziaływania wstecznego i przejściowej, bo wtedy nachylenie danej charakterystyki określa wartość parametru h.

Na podstawie charakterystyk wejściowej i wyjściowej można wyznaczyć charakterystyki przejściową i oddziaływania wstecznego. Przedstawione one zostały na wykresach 4 i 5. Ponieważ rodzina charakterystyk wejściowych jest prawie stała przy zmianach U_CE, dlatego ze względu na ciężko dostrzegalne różnice między tymi charakterystykami wyznaczono tylko jedną charakterystykę oddziaływania wstecznego. Z wykresu 5 widzimy, że wartość U_BE praktycznie nie zależy od wartości U_CE, choć jej niewielkie nachylenie spowodowane jest tym, że część napięcia U_CE polaryzuje złącze E-B. Natomiast z charakterystyki przejściowej widzimy, że zależność I_C(I_B) jest liniowa i można ją opisać równaniem I_C=h_21EI_B.

W pkt. 3 ćwiczenia wyznaczaliśmy wartość prądu I_CEO. Jest to prąd, jaki płynie w tranzystorze podczas rozwarcia obwodu baza - emiter. Fizycznie I_CEO jest prądem nasycenia złącza B-E w tranzystorze germanowym i prądem generacji w tranzystorze krzemowym. Otrzymana wartość I_CEO ≈ 6,5 A jest wartością typową dla tranzystorów germanowych. W tranzystorach krzemowych wartość I_CEO jest rzędu nanoamperów.

- 1 -

---